DE102011120929A1

DE102011120929A1 - Schutzsystem, insbesondere für Schiffe, gegen radargelenkte Bedrohungen

Info

Publication number: DE102011120929A1
Application number: DE201110120929
Authority: DE
Inventors: Michael Gulsch; Christian Wallner
Original assignee: Rheinmetall Waffe Munition GmbH
Current assignee: Rheinmetall Waffe Munition GmbH
Priority date: 2011-12-14
Filing date: 2011-12-14
Publication date: 2013-06-20
Also published as: WO2013087522A1

Abstract

Vorgeschlagen wird, eine intelligente radargelenkte Bedrohung mit Hilfe von aktiven, elektronisch richt- und manipulierbaren (off-board) Scheinzielen zu täuschen. Das aktive Täuschen erfolgt mit Hilfe eines Antennenarrays (3), welches auf oder unter der Oberfläche (2) eines Körpers (10), z. B. ein Munitions- oder Geschosskörper, aufgebracht ist, sowie einer geeigneten Steuerung und Signalverarbeitung (8), durch die die aufgenommenen Radarsignale mit einer minimalen Verzögerung gegen die Bedrohung zurückgeworfen werden. Außerdem wird durch die Signalverarbeitung (8) eine Möglichkeit geschaffen, eine fest vorgegebene, vorzugsweise manipulierbare Impulsform gegen die Bedrohung zu senden.

Description

Die Erfindung betrifft den aktiven Schutz von insbesondere kleineren oder mittleren Schiffen gegen intelligente radargelenkte Bedrohungen bzw. Raketen.
Infrarot-, radar- als auch Dual Mode- gelenkte Flugkörper werden u. a. zur Bekämpfung beispielsweise von Seezielen, wie Schiffen, oder anderen Objekten zu Land und Luft eingesetzt. Nach Abschuss fliegen diese Flugkörper bzw. Raketen anfänglich inertialgestützt (z. B. DE 196 01 165 A1 ) oder GPS gelenkt in das Zielgebiet. Der Flugkörper geht danach in eine Suchphase über, wenn er sich dem Ziel entsprechend angenähert hat. Als weiteres schalten sich die Flugkörper auf das Ziel auf und verfolgen dieses bis zum Einschlag. Zur Täuschung derart gelenkter Flugkörper werden unterschiedliche Tauschkörper eingesetzt, um zum Schutz von Objekten die Flugkörper durch Störung in/an ihrer Funktion zu hindern.
Bekannte Tauschmaßnahmen gegen diese Flugkörper sind beispielsweise so genannte aktive Radarjammer (SIREN, NUKLA – vgl. http://www.selex-sas.com/EN/Common/files/SelexSAS_UK/pdf_datasheet/ew/SIREN.pdf, http://en.wikipedia.org/wiki/Nulka, http://www.fas. org/man/dod-101/sys/ship/weaps/mk-53.htm, oder aufblasbare und/oder schwimmende Radarreflektoren ( EP 0 182 274 B1 ). Ein gleichfalls in der Praxis verwendbares „Van-Atta-Array” (z. B. US 5,134,413 A http://www.transpondernews.com/taretror.html) selbst ist ein passives Array. Andere Tauschkörper senden bei Erkennung einer Bedrohung elektromagnetische Tauschsignale ( DE 100 16 781 C2 ) aus, andere bauen „Wolken” von schwebenden Dipolen (ChaffWolken), welche auf die Radarfrequenz des Flugkörpers abgestimmt sind.
Varianten der schwebenden Dipolen sind beispielsweise (Radar-)Konfusion-Täuschkörper, (Radar-)Seduktions-Tauschkörper oder (Radar-)Distraktions-Tauschkörper. Ein Konfusion-Tauschkörper wird in großer Entfernung zwischen dem zu schützenden Objekt (Schiff) und dem Angreifer in der Regel präventiv vor dem Angriff des Flugkörpers eingesetzt.
Ein Verfahren zum Bereitstellen eines Scheinzieles ist aus der DE 196 17 701 A1 bekannt. Mit diesem werden sowohl infrarot-, radar- als auch Dual Mode- gelenkte Flugkörper von dem eigentlichen Ziel weg auf ein Scheinziel gelenkt. Durch die Verwendung von Dipol- und Flaremassen in einem bestimmten Verhältnis wird erreicht, dass die Dipole durch den Abbrand der Flares verwirbelt werden.
Ein weiteres Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Täuschung infrarot-, radar- als auch Dual-Mode- gelenkter Flugkörper offenbart auch die DE 10 2005 035 251 A1 .
Die DE 199 51 767 C2 beschreibt einen Dual Mode-Täuschkörper zur Bildung eines Scheinzieles mit einer im IR-Bereich Strahlung aussendenden Wirkmasse und eine RF-Strahlung rückstreuende Masse auf Basis von Dipolen aus aluminium- oder silberbeschichteten Glasfaserfäden. Beide Massen werden am Wirkort gemeinsam aus dem Tauschkörper ausgestoßen und simultan zur Wirkung gebracht.
Einen Düppel mit einer breitbandigen Wirkung über die gesamten Radarfrequenzen von 0.1–1000 GHz, bestehend aus leitfähigen oder nichtleitfähigen Fasern mit einer leitfähigen Beschichtung, offenbart die DE 101 02 599 A1 . Weitere IR- und/oder Radar- reflektierende Massen etc. sind u. a. im Stand der Technik der DE 102 30 939 A1 aufgeführt. Nachteilig ist, dass Düppel von den modernen Suchköpfen als Ziel abgelehnt bzw. ignoriert werden. Dazu besitzen sie so genannte Düppel-Diskriminatoren.
Aufblasbare Systeme besitzen ihrerseits u. a. den Nachteil, dass die flexible Rahmenkonstruktion eine geringe Geometrietreue mit sich bringt. Sie weisen ein hohes Gewicht auf, da sie Druckflaschen oder Kompressoren umfassen. Zusätzliche Gerätschaften werden benötigt, um die Systeme auszubringen. Schwimmende Systeme bergen des Weiteren die Gefahr der ungewissen Wirkungsdauer in sich, da sie nicht nur den Umwelteinflüssen als solches, sondern auch den Wellen etc. ausgesetzt sind.
Bekannte aktive Systeme haben einen hohen Preis und ein kompliziertes Ausbringungsverfahren. Zudem benötigen die vorgenannten Täuschmaßnahmen gegen die radargelenkten Suchköpfe für die digitale Datenverarbeitung ständig erhöhte Rechnerleistungen, um eine zuverlässige Täuschmaßnahme einleiten zu können. Die Frequenz- und Amplitudenmodulation von radargelenkten Lenkflugkörpern führen gleichzeitig zu großen und schweren Anordnungen mit extremem Energiebedarf. Auch wegen der bekannten Signalschwingung (hochfrequente Signalfluktuation) angestrahlter Düppel werden derartige Täuschkörper daher als Echtziele eher verworfen.
Eine Schutzvorrichtung verbunden mit Schutzmaßnahmen zum Schutz eines aktiven Radars bzw. einer sendenden Radaranlage vor einer Anit-Radiation-Missile (ARM) wird in der DE 10 2006 017 107 A1 aufgezeigt. Als aktive Gegenmaßnahme ist jedoch die Verwendung von passiven Sendern/Täuschkörpern vorgesehen, die bevorzugt durch das eigene Radar angestrahlt und deren Strahlung vom ARM aufgenommen wird. Durch diese Maßnahme kann das ARM nicht unterscheiden, ob es Täuschkörper sind oder das richtige Radar.
Ein Verfahren und eine Anordnung zur Täuschung einer endphasengelenkten Munition wird in der DE 196 04 745 C1 vorgeschlagen. Das hier verwendete Prinzip sieht zwar vor, dass ein Täuschlaserstrahl identisch in Pulsfolge und Wellenlänge mit einem Laserstrahl eines Zielbeleuchters ist, wobei der den Tauschlaserstrahl sendende Laser an einem Mast angebracht ist, so dass die die Munition am Ziel vorbei fliegt, jedoch handelt es sich hier nicht um intelligente radargesteuerte Flugkörper.
Zur Abwehr von aktiven Flugkörpern sind passive Täuschkörper (Düppel) bekannt. Diese werden ausgebracht und reflektieren ein vom Flugkörper ausgestrahltes Signal in die Richtung des anfliegenden Flugkörpers zurück. Ein passiver Radartäuschkörper wird mit der US3,938,151 A1 beschrieben. Aus der US 2,908,002 A1 ist ein passiver elektromagnetischer Reflektor bekannt.
Alternative aktive Scheinziele, wie beispielsweise in der DE 600 10 701 T2 angesprochen, werden in der Regel erst mit deren Verbringung aktiviert, sodass eine gewisse Zeit einzuplanen ist, bis sich das Scheinziel voll entfaltet hat.
Auf der Internetseite http://transpondernews.com/taretror.html wird ein passiver Radarumsetzer beschrieben. Einen passiven Reflektor beschreibt zudem die US 5,134,413 A .
Aus der nicht vorveröffentlichten DE 10 2011 114 574.9 wird ein aktives Scheinziel durch den Einsatz eines Retro-Reflektors bzw. einer retrodirektiven Antenne, bevorzugt in Form eines van-Atta Arrays oder durch wenigstens ein Backscatter-System gebildet, dass einen Radarstrahl als Reflexionsstrahl genau in die Einfallsrichtung und damit an den Flugkörper zurück senden kann. Die retrodirektive Antenne besteht aus wenigstens einer Empfangs- und Reflektor-Antenne. Des Weiteren ist ein Sensor eingebunden, der zur Detektion der Richtung des anfliegenden Flugkörpers dient und mit einer Lageregelung elektrisch verbunden ist, die auf Stellmotore des Schutzsystems einwirkt, um zumindest das Scheinziel optimal auf den Flugkörper auszurichten.
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, einen aktiven Schutz aufzuzeigen, der eine effektive Täuschung bewirkt und ein geringes Gewicht besitzt.
Gelöst wird die Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungen sind in den Unteransprüchen aufgezählt.
Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, eine intelligente radargelenkte Bedrohung mit Hilfe von aktiven, elektronisch richt- und manipulierbaren (off-board) Scheinzielen zu täuschen.
Das aktive Täuschen erfolgt mit Hilfe eines Antennenarrays (Planarantennen), welches auf oder unter der Oberfläche eines Körpers, z. B. ein Munitions- oder Geschosskörper, aufgebracht ist, sowie einer geeigneten Steuerung und Signalverarbeitung, durch die die aufgenommenen Radarsignale mit einer minimalen Verzögerung gegen die Bedrohung zurückgeworfen werden. Außerdem wird durch die Signalverarbeitung eine Möglichkeit geschaffen, eine fest vorgegebene, vorzugsweise manipulierbare Impulsform gegen die Bedrohung zu senden. Verwendet wird also ein aktiver Radarreflektor.
Grundsätzlich stellen zeitlich kontinuierliche, nicht fluktuierende Signale mit entsprechendem Frequenz- und Signalverlauf (Kantenbildung) eine optimale Möglichkeit zur Bildung attraktiver und wirksamer Radartäuschkörper dar.
Der aktive Radarreflektor (PARROT = Programmable Aktive Radar Offboard Targetenhancer) zeichnet sich dadurch aus, dass eine geeignete Signalverarbeitung und Geometrie sowohl die Richtwirkung als auch das auszusendende Radarsignal beeinflusst. Das aktiv reflektierte Signal wird so in den Suchkopf gebündelt zurück gesendet, dass eine bestmögliche Wirkung erreicht wird.
Zum Simulieren beispielsweise einer Dopplerverschiebung wird durch die Signalverarbeitung eine Frequenzverschiebung zwischen eingehendem und abgesendetem (aktiven) Radarsignal vorgenommen.
Weiterhin können signifikante Signaturen verschiedener potentieller Ziele dem reflektierten bzw. fest programmierten Sendesignal aufgeprägt werden, um ein besseres Aufschalten des Suchkopfes auf den Reflektor zu gewährleisten und vom eigentlichen ursprünglichen Ziel abzulenken. Diese signifikanten Signaturen sind beispielsweise in einem Speicher in der Signalverarbeitung hinterlegt und bevorzugt durch einen, die Bedrohung detektierenden Sensor abruf- und dem Suchkopf aufprägbar.
Durch die Möglichkeit, das aktiv reflektierte Signal zu manipulieren und in die Richtung der Bedrohung zu senden, wird der von Düppeln verursachte Jitter-Effekt umgangen. (Jitter-Effekt = Signalverformung des empfangenen gegenüber dem abgesendeten Signal. Diese Verformung wird durch die Eigenschaften elektrischer Übertragungsmedien verursacht – auch Hochfrequenzsignalfluktuation genannt –.) Dadurch ist das durch den aktiven Reflektor erzeugte Signal am Suchkopf nicht mehr durch Düppel-Diskriminatoren erkennbar.
Die Miniaturisierung und Programmierbarkeit der elektronischen Baugruppen ermöglicht, dass diese klein und kostengünstig hergestellt werden können. Des Weiteren ist eine größtmögliche Flexibilität gewährleistet, die zudem auf gegenwärtige und zukünftige Bedrohungen ausreichend gut reagiert.
Weitere, nicht unbedeutende Vorteile sind, dass der PARROT durch bekannte Werfersysteme ausgebracht werden kann und keine zusätzlichen Geräte außerhalb der eigentlichen Munition notwendig sind. Der PARROT gleitet dann während seiner Wirkphase beispielsweise an einem Fallschirm hängend, zu Boden bzw. ins Wasser. Zudem kann der PARROT auch auf einem Schlauchboot befestigt und vom Schiff weg geführt werden.
Es wird somit ein analog arbeitender Tauschkörper geschaffen, welcher eine echte Täuschung durch einfache Verstärkung des eingestrahlten Signals (Frequenz, Amplitude) realisiert, eine elektrische Richtbarkeit der abgestrahlten Signale ermöglicht und in Wirkdauer sowie Wirkungsart programmierbar ist, wobei ein Signalfading und damit ein Erkennen durch Düppel-Diskriminatoren ausgeschlossen wird.
Anhand eines Ausführungsbeispiels mit Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden, wobei auf das bekannte Prinzip des Ausbringens des Tauschkörpers mittels Werfer etc. Bezug genommen wird.
Es zeigt:
1 eine Darstellung des Arrays auf der Oberfläche eines Reflektors,
2 ein Blockdiagramm des aktiven Reflektors.
1 zeigt einen aktiven „off-board” Reflektor 1, der durch ein an der Oberfläche 2 eines als Hohlleiter wirkenden Körpers 10 angebrachtes Antennenarray 3 und einer hier nicht näher dargestellten programmierbaren Signalverarbeitung mit breitbandiger Eingangs- und Ausgangsstufe (2) charakterisiert ist. Das Antennenarray 3 besteht aus mehreren, zeilenartig angeordneten Einzeldipolen 4, welche bevorzugt zylindrisch auf der Oberfläche 2 angebracht sind. Alternative Formen, wie Rechteck, Parallelogramm etc. sind jedoch auch möglich.
Das Antennenarray 3 dient zum Empfangen und Senden, zwei Dipole 4 bilden jeweils die Sende- und Empfangsantennen.
Jedem Dipolelement 4, welches auf der Oberfläche angebracht ist, ist eine aktive Schaltgruppe 20 zugeordnet. Diese weist einen Empfangsverstärker 6, eine Logik (z. B. Pulsdetektor) 7, eine Signalverarbeitung 8 und einen Sendeverstärker 9 auf.
Nach Eingang eines Radarimpulses eines nicht näher dargestellten Flugkörpers wird dieser Impuls von den jeweiligen Dipolpaaren 4 aufgenommen, durch den breitbandigen Verstärker 6 (2) verstärkt und kurz verzögert, so dass in dieser Zeit ein Umschalten auf Sendebetrieb (Logik 7) erfolgen kann.
Während der Verzögerung kann das Sendesignal entsprechend in der Signalverarbeitung 8 manipuliert werden, um verschiedene Effekte zu erzeugen, wie beispielsweise einen Dopplershift (Frequenzerhöhung oder -minimierung) oder eine Impulsformveränderung (beispielsweise Signalverbreiterung oder -verschmälerung). Diese Änderungen als Manipulation des eingegangenen Signals (Impulses) sind durch die Möglichkeit der Einzelansteuerung eines jeden Dipols 4 durch die jeweilige aktive Schaltgruppe 20 möglich, da damit die Richtcharakteristik der Gesamtanordnung beeinflusst werden kann. Zudem wird damit eine möglichst effektive Bündelung der Sendeleistung in Richtung der Bedrohung ermöglicht.
Anstelle der Umschaltung von Empfangs- auf Sendebetrieb kann alternativ ein 3-Tor- Zirkulator vorgesehen werden.
Im Falle des Verschießens kann der Reflektor 1 in einem nicht näher dargestellten Munitionskörper mit Treibsatz eingebunden werden. Der Munitionskörper sollte in bevorzugter Art und Weise zusätzlich einen Fallschirm oder dergleichen besitzen, der sich in Funktion des Reflektors 1 öffnet, so dass der Reflektor 1 am Fallschirm zu Boden (ins Wasser) gleiten kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 19601165 A1 [0002]
EP 0182274 B1 [0003]
US 5134413 A [0003, 0015]
DE 10016781 C2 [0003]
DE 19617701 A1 [0005]
DE 102005035251 A1 [0006]
DE 19951767 C2 [0007]
DE 10102599 A1 [0008]
DE 10230939 A1 [0008]
DE 102006017107 A1 [0011]
DE 19604745 C1 [0012]
US 3938151 A1 [0013]
US 2908002 A1 [0013]
DE 60010701 T2 [0014]
DE 102011114574 [0016]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

http://www.selex-sas.com/EN/Common/files/SelexSAS_UK/pdf_datasheet/ew/SIREN.pdf [0003]
http://en.wikipedia.org/wiki/Nulka [0003]
http://www.fas. org/man/dod-101/sys/ship/weaps/mk-53.htm [0003]
http://www.transpondernews.com/taretror.html [0003]
http://transpondernews.com/taretror.html [0015]

Claims

Schutzsystem für Objekte, insbesondere kleinere oder mittlere Schiffe, gegen intelligente radargelenkte Bedrohungen, aufweisend: – einen Körper (10), – ein Antennenarray (3) bestehend aus mehreren, zeilenartig angeordneten Einzeldipolen (4), die auf oder unterhalb der Oberfläche des Körpers (10) angebracht sind, wobei – jedem Dipolelement (4) eine aktive Schaltgruppe (20) zugeordnet ist, die zumindest einen Empfangsverstärker (6), eine Logik (7), eine Signalverarbeitung (8) und einen Sendeverstärker (9) aufweist.
Schutzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Signalverarbeitung (8) während der Verzögerung das Sendesignal der Bedrohung manipuliert wird.
Schutzsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Manipulation das Erzeugen einer Frequenzerhöhung oder -minimierung sowie Signalverbreiterung oder -verschmälerung sein kann.
Schutzsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass diese Manipulationen signifikante Signaturen des zu schützenden Objektes sind, die in einem Speicher der Signalverarbeitung (8) hinterlegt sein können.
Schutzsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (1) in einem Munitionskörper mit Treibsatz eingebunden ist.
Schutzsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Munitionskörper zusätzlich einen Fallschirm oder dergleichen besitzt, der sich in Funktion des Reflektors (1) öffnet.
Verfahren zum Schützen von insbesondere kleineren oder mittleren Schiffen gegen intelligente radargelenkte Bedrohung mit folgenden Schritten: – ausbringen eines Schutzsystems (1), – empfangen eines Signals von der radargelenkten Bedrohung, – verstärken und manipulieren dieses Signals im Schutzsystem, – gebündeltes Zurücksenden des verstärkten und manipulierten Signals an die Bedrohung.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Manipulation signifikante Signaturen im Schutzsystem (1) hinterlegt sind.